离子掺杂致晶体相可控及其发光性能研究
随着科学技术的迅速发展，稀土离子掺杂的上/下转换发光晶体已经作为新一代功能材料出现，它们具有优异的光学性能，如长发光寿命、低毒性、尖锐的发射带，且在生物成像、化学传感器、防伪和3D显示等方面展现出潜在的应用。然而对于其实际应用来说，有限的上/下转换发光效率还远远不够。因此，本论文的研究工作主要围绕“向稀土发光材料中掺杂异质离子Cu2+或Ca2+离子，使其上/下转换发光效率得到提高”来展开，具体如下： （1）采用水热法制备YF3：20mol％Yb3+，2mol％Er3+，xmol％Cu2+（x=0-40）样品。随着Cu2+离子掺杂浓度的增加，样品由正交相YF3逐渐演变为立方相NaYF4。相变的原因是，掺杂的Cu2+离子占据了样品中Y3+离子晶格位点，导致电荷失衡与较低的能量势垒。同时，我们也系统地探讨了从α-NaYF4到（α+β）-NaYF4的相变过程。相变的原因是，水热反应时间从12小时延长至24小时，[101?0]晶面的表面能急剧减小，[0001]晶面的表面能相应增加。则[0001]晶面的相对增长率比[101?0]晶面快得多。最后，样品将沿[0001]晶面方向生长并形成不规则的球形，即形成（α+β）-NaYF4混相。 （2）采用水热法制备Cu2+离子共掺杂的β-NaYF4：20mol％Yb3+，2mol％Er3+上转换微米晶。X射线衍射（XRD）及透射电子显微镜（TEM）数据分析，Cu2+离子的掺杂不影响样品的晶相与形貌。通过荧光光谱观察到，随着Cu2+离子的掺杂摩尔分数从0增加到40%，紫外到可见的上转换发光强度先增强再减弱。在掺杂5mol％Cu2+离子时，β-NaYF4：20mol％Yb3+，2mol％Er3+微米晶上转换发光强度最强。这是因为低价态的Cu2+离子掺杂导致F-空位的产生，降低了Er3+离子周围晶体场的对称性，从而有利于上转换发光的增强。 （3）采用高温固相法合成一系列Sc2O3：2mol％Eu3+，xmol％Ca2+（x=0，10，30，40，50，60，70，80，90）氧化物。探究了在CaSc2O4：Eu3+基质中，随着Ca2+离子掺杂浓度的增加，Eu3+-O2-电荷迁移带峰值从285nm红移至298nm，其主要原因是由于少量Sc3+离子被电负性较低的Ca2+离子取代。同时，电负性较低的Ca2+离子掺杂浓度的增加，使Eu3+离子周围化学环境发生极化，则Eu3+离子的（5D0→7F4）/（5D0→7F2）跃迁发射强度比值逐渐增大。 （4）采用均匀沉淀法，以尿素为沉淀剂，合成一系列Eu3+离子掺杂的Re2O3（Re=Sc3+，Lu3+，Y3+，Gd3+，La3+）荧光粉。主要探究了Eu3+离子掺杂的Re2O3样品中Eu3+-O2-电荷迁移带和Eu3+离子的5D0→7F2红色跃迁发光，发现随着基质中阳离子半径的增大，Eu3+-O2-电荷迁移带发生红移。观察扫描电子显微镜图像，Eu3+离子掺杂的Sc2O3荧光粉的前驱体形貌为不规则形貌，Lu2O3，Y2O3，Gd2O3荧光粉前驱体形貌为近似球形，La2O3荧光粉的前驱体形貌为纺锤形。
离子掺杂;晶体相可控;发光性能
长春工业大学
硕士
化学
王丽丽
2019
中文
O734
2019-11-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）